膜分离技术 ppt课件

式中 V ―透过溶液的体积 S ―膜的有效面积 t ―运转时间
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3 通量衰减系数
膜的渗透通量衰减是由于过程的浓差极化、膜孔的 堵塞等原因造成的，将随时间衰减。
Jt =J1 tm
式中
Jt ―膜运转t小时的透过速度 J1 ―膜运转1h的透过速度 m ―通量衰减系数
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截留分子量
膜孔的大小是表征膜性能的一个重要参数，通常用截 留分子量表示膜的孔径特征。
膜分离技术
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内容提纲
膜技术的发展历史 膜技术的基本原理 膜技术加工的工艺设备 膜技术的特点 膜技术在食品中的应用 膜技术的发展前景
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膜技术的定义
膜技术是用天然人工合成的高分子薄膜，以 外界能量或化学位差为推动力，对双组分的溶 质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。 可利用液相和气相，对于液相分离，可用于水 溶液体系、水溶胶体系以及非溶液体系等。膜 技术是一种分子水平上的分离技术。
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1 膜技术的发展历史
Abble Nollet 发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪 1978年 膀胱内，首次揭示了膜分离现象
1816年 Schmide首先提出超滤
1864年 1918年
Traube制成第一片人造膜——亚铁氰化铜膜 Zsigmomdy提出商品微孔滤膜制造法
1953年 1960年 1961年
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膜污染
膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒 子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械 作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径 变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变 化现象。
气体分离过程用的是一种均聚物制成的非对称膜, 这一过程主要 用于气体及蒸汽的分离。
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渗透蒸发
渗透蒸发可用于传统分离手段较难处理的恒沸物、近沸物系的 分离, 微量水的脱除及水中微量有机物的去除。
它是利用溶液的吸附扩散原理, 以膜两侧的蒸汽压差0~ 100kPa 作为推动力, 使一些组分首先选择性地溶解在膜料液的侧表面, 再扩 散透过膜, 最后在膜透过侧表面汽化, 解吸, 而一些不易溶解组分或较 大较难挥发的组分被截留从而达到分离目的的过程。
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电渗析
电渗析是膜分离技术中较为成熟的一项技术, 它的原 理是利用离子交换和直流电场的作用,从水溶液和其他一 些不带电离子组分中分离出小离子的一种电化学分离过程。 电渗析用的是离子交换膜, 这一膜分离过程主要用于含有 中性组分的溶液的脱盐及脱酸。
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电渗析脱盐的原理图
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气体分离
气体分离技术的基本原理是利用溶液的溶解和吸附扩散原理, 以 静压差1 000~ 15 000kPa作为推动力, 根据混合气体中各组分透过膜 的传递速率的不同而进行分离的过程。
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膜性能表征
膜的分离性能主要包括 分离效率、渗透通量和通量衰减系数
1 分离效率 表示溶液脱盐或微粒和某些高分子物质的脱除率，用R表示
R
×100%
式中 cp ―透过液浓度 cw ―原液浓度
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2 渗透通量 组分透过膜的能力称为渗透通量，定义为单位时间
内通过单位膜面积的透过物量，以JW 表示。
JW
截留分子量用已知分子量的物质来测定膜的孔径，如 膜对被截留物质的截留率大于90％时，就用被截留物质的 分子量表示膜的截留性能，称为膜的截留分子量。
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微滤和超滤
微滤和超滤主要是根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过 程。在给定的压力下，溶剂和小分子量的物质透过对称微孔膜，而大 分子物质被截留, 从而达到了净化的目的。
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渗析
渗析也称透析是最早被发现和研究的膜现象。它是根据筛分 和吸附扩散原理, 主要利用膜两侧的浓度差使小分子溶质通过对 称微孔膜进行交换, 而大分子被截留的过程。渗析主要用于从大 分子溶液中分离低分子组分。
由于超滤技术的发展, 渗析技术正逐渐被取代。但是近年来, 血液渗析技术的发展使渗析技术得到重视, 血液渗析和血液超滤 技术互有补充, 各有侧重。
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反渗透
反渗透过程主要是根据溶液的吸附扩散原理, 以压力差为主 要推动力的膜过程。在浓溶液一侧施加一外加压力1 000~ 10 000 kPa , 当此压力大于溶液的渗透压时, 就会迫使浓溶液中的溶剂反 向透过孔径为0. 1~ 1 nm 的非对称膜流向稀溶液一侧, 这一过程叫 反渗透。
反渗透过程主要用于低分子量组分的浓缩、水溶液中溶解的 盐类的脱除等。
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纳滤
纳滤是根据吸附扩散原理以压力差作为推动力的膜分离过 程。它兼有反渗透和超滤的工作原理。在此过程中, 水溶液中 低分子量的有机溶质被截留, 而盐类组分则部分透过非对称膜， 其截留分子量为200-1000。
纳滤能使有机溶质得到同步浓缩和脱盐, 而在渗透过程中 溶质损失极少。纳滤膜能截留易透过超滤膜的那部分溶质, 同 时又可使被反渗透膜所截留的盐透过, 堪称为当代最先进的工 业分离膜。它具有热稳定性、耐酸、碱和耐溶剂等优良性能。
美国Reid教授提出反渗透
加拿大学者Loeb和Souridjan研制成世界上第一张高性能 醋酸纤维素反渗透膜
美国Hevens公司首先提出管式膜组件的制造法，此后日本、
丹麦等其他国家也研制了多种形式的膜组件，膜工业化应用
迅速发展。
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我国膜技术发展历史
我国1958年开始研究离子交换膜和电渗析，1966年开 始研究反渗透、超滤、微滤、液膜、气体分离等膜分离过 程应用与开发研究。80年代后期又陆续开展了渗透汽化、 膜萃取、膜蒸馏和膜反应等新膜过程的研究，并着手进行 膜技术的推广应用工作。
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2 膜技术的基本原理
第一代膜分离过程 微滤（MF）、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析 (ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(RV)、乳化液膜(ELM)
第二代膜分离过程 蒸汽渗透(VP)、全蒸发(PV)、膜蒸馏(MD)、膜接触器(MC)、 载体介导传递
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几种主要的膜分离过程的特征
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浓差极化
在膜的分离过程中，水连同小分子透过膜，不能透过膜的溶质大分 子被ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ截留，不断积累在膜表面，使溶质在膜面处的浓度高于溶质在主 体溶液中的浓度，然后以浓差扩散的方式，返回液体主流。这种现象称 为浓差极化。
超滤出现严重极化时，膜面产生凝胶层，对溶剂流动产生附加阻力， 并使渗透速率的提高受到限制。反渗透出现严重极化时，则由于溶质浓 度过高，会导致沉淀析出。